论文导读：试验表明激光淬火硬化区的组织和亚结构是影响激光淬火铁基粉末冶金材料摩擦学特性的主要因素。粉末冶金材料的多孔性为材料摩擦磨损行为的研究增加了新内容，成为区别于其它致密材料磨损的一大特点。
关键词：粉末冶金，材料摩擦，主要因素
1.材料组织和亚结构的影响
试验表明激光淬火硬化区的组织和亚结构是影响激光淬火铁基粉末冶金材料摩擦学特性的主要因素。
铁基粉末冶金材料经表面淬火处理后表现出良好的耐磨性能与淬火组织中各相的形态、大小与分布有关。在表面处理超快速加热条件下，马氏体继承了高温状态下奥氏体碳浓度微观不均匀性，获得了极细针状马氏体与板条马氏体的混合组织，提高了淬火组织的强度和硬度。此外，马氏体还继承了奥氏体的高密度位错，造成了强烈的静畸变效应，从而提高了磨损过程中的塑性变形抗力和断裂强度，提高了裂纹萌生的应力，也改善了耐磨性能。在淬火过程中形成的下贝氏体，内应力小、裂纹少，组织均匀、热稳定性高，具有较高的韧性及形变硬化能力，粘着磨损抗力优于马氏体。
表面处理前的磨痕形貌可见严重塑性变形和粘着现象，主要为塑性变形引起的粘着磨损机制。而表面淬火处理后的磨面较平滑。其滑动摩擦体系是在氧化磨损和塑性变形导致的多种磨损机制共同作用下的材料损耗过程。
表面淬火后得到的是马氏体/下贝氏体复相组织，由于表面硬度较前一材料略低，其磨损表面可见轻微犁削磨损现象，磨损率高于孪晶马氏体/位错马氏体混合组织。但是，在较高载荷下，马氏体/下贝氏体复相组织具有较好的强韧性搭配，具有较低的裂纹和缺口敏感性，在磨痕中可以观察到裂纹尖端的钝化现象，没有发生孪晶马氏体/位错马氏体混合组织中在高载荷下常见的裂纹快速扩展的情况，因此在较高载荷下表现出较好的耐磨性。
残余奥氏体在淬火组织中是一个强韧相，一方面，残余奥氏体细化，具有一定的强度和硬度；另一方面，又具有极好的韧性，在磨损过程中优先发生塑性变形，因堆垛层错能较低，易形成扩展位错，导致位错密集，产生明显的加工硬化效果。同时在变形过程中，一部分残余奥氏体应变诱发马氏体，松弛应力集中，减慢裂纹萌生和扩展过程。因此，适量的残余奥氏体的存在也可改善淬火层的耐磨性能。
在表面相变硬化过程中，残余奥氏体的极高位错密度和马氏体晶粒的晶格缺陷会阻碍疲劳源的萌生与裂纹的扩展，从而改善了材料的抗疲劳性能。另外在相变硬化过程中，由于材料内部的温差和马氏体形成时体积大大膨胀，在表层形成很大的残余压应力，而残余压应力能松弛材料内部的应力集中，因此能有效地改善抗疲劳性能。
铁基粉末冶金材料中存在的游离态石墨在摩擦过程中不断覆盖摩擦界面，可以形成稳定的润滑工作层，可以防止摩擦副的咬合，也起到了很好的减磨作用。
铁基粉末冶金材料中存在的少量合金碳化物不仅可以强化基体，在摩擦磨损过程中，还可在磨损表面起到承受载荷、限制两对磨材料直接接触的作用，减少了两接触表面的真实接触面积，从而可以对提高材料耐磨性起到一定的作用，在本试验材料中由于合金碳化物的含量太低，所以其作用并未表现出来。
2.孔隙的影响
粉末冶金材料的多孔性为材料摩擦磨损行为的研究增加了新内容，成为区别于其它致密材料磨损的一大特点。对孔隙在磨损过程中的作用，至今还未得出一致的看法。
S.C.Lim和J.H.Brunton 用装有扫描电镜的动态销－盘型磨损台架研究了烧结铁的无润滑磨损机制和孔隙在磨损过程中的作用。发现磨损与开口孔隙的数量有关。在干摩擦情况下，孔隙是产生和留集磨屑的地方，这一作用使材料的磨耗降低。其试验结果表明，低载时孔隙度高反而磨损小，高载时影响不大。当表面产生材料流变（滑移或机械抛光）而将大多数开口孔隙覆盖时，磨损行为与非烧结铁相似。
密度对磨损率的影响是孔隙在摩擦磨损过程中微观作用的宏观表现。在本试验研究的摩擦磨损过程中，孔隙既可集留磨屑又是磨屑的产生源之一。在较低试验载荷下，孔隙的主要作用是集留磨屑，使摩擦表面变得更加光滑。在这种情况下，孔隙度高有助于磨损率的降低。在较高试验载荷下，孔隙的集留磨屑效用降低，孔隙成为裂纹源及产生磨屑的场所。孔隙是以两种形式产生磨屑的：(1)孔隙边缘物质碎裂、脱落。 (2)孔隙作为应力集中源产生裂纹，裂纹沿粉末颗粒的弱连接处而引起撕裂。当试样与对偶材料相对滑动时，由于摩擦发生粘着，使试样表面发生剪切应力，当剪切应力超过屈服强度时，表面材料发生塑性流变，并在孔隙边缘发生应力集中，当应力达到材料的剪切强度时，便出现裂纹。裂纹沿粉末颗粒、烧结颈等脆弱处或沿连通孔隙扩展，于是发生撕裂，产生磨屑，同时孔隙又是阻止裂纹进一步扩大的因素。随着密度的提高，孔隙减少，孔隙的上述作用也相对减弱，从而材料的磨损性能相对改善。因此要提高铁基粉末冶金材料在较高载荷下的耐磨性，必须提高材料的密度级别。
3.摩擦表面膜的影响
摩擦表面和亚表面材料的物理化学性能决定了材料的摩擦磨损行为。摩擦表面层理论认为：在摩擦副两个表面的相互作用下，材料表面将产生一个不同于基体材料的表面层。该层在形成过程中有物理的、力学的作用，如塑性变形、固态相变和晶粒碎化；也有化学的作用，如摩擦副之间的化合物、材料的氧化和腐蚀等。在各种因素的综合作用下，摩擦表面层的形态、成分和性能存在非常大的差异。常见的有两种情况：一种是主要由塑性变形层组成的摩擦表面层；另一种是主要由表面涂抹层组成的摩擦表面层。本试验过程中在铁基粉末冶金材料的磨损表面也观察到存在摩擦表面层，厚度约在几百纳米到几微米之间。论文大全。论文大全。
表面淬火处理后铁基粉末冶金材料表面得到了混合马氏体+残余奥氏体的混合组织，材料的表层及次表层硬度得到了显著的提高。磨痕形貌表明，铁基粉末冶金材料的磨损率主要取决于试样表面氧化膜的生成及损耗速度。因此，可以认为其占主导地位的磨损机制是氧化磨损，同时存在磨粒磨损。在摩擦滑动过程中，次表层不发生或仅发生微量塑性变形，摩擦热使表面温度升高，这有利于氧化反应的发生，在摩擦表面生成氧化膜，可起到保护表面的作用。论文大全。由于氧化膜的存在，表面淬火处理后的磨损试样表面较光滑，摩擦磨损性能得到改善。
参考文献：
[1]陈爱武.PA/Cu复合粉末激光烧结成型机理研究[J].工程塑料应用,2008,(06) .
[2]陈昕,葛琼,刘鹤.中碳硅锰钢氧化脱碳特性的研究[J].鞍钢技术, 2004,(01) .
[3]于同仁,惠卫军,张步海,苏世杯.中碳钢形变及冷却过程中的组织演变[J].安徽冶金, 2006,(01) .
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